高中信息技术人工智能——以语音交互为例

施宇晴 刘力

摘要：教育信息化2.0时代要求信息技术和智能技术深度融入教学过程。这对信息技术教师提出了新要求。教师应当主动求变，通过创设人工智能情境，激发学生学习兴趣，提升信息技术核心素养。以语音交互为例，通过分析教材内容、课标要求、学生学情、教学重难点分析和教学资源，设计了适合高中学生的教学方案。

关键词：人工智能;教学情境;教学设计;信息技术核心素养

中图分类号：G434        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）26-0094-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

近年来，我国正经历人工智能发展热潮，这对信息技术教师提出了新要求。2018年1月，国务院出台的《全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》指出：“教师要主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学[1]。”2017年发布的《普通高中信息技术课程标准》（以下简称“课标”）要求在必修一教材中对人工智能进行案例剖析，使学生了解人工智能的作用;选择性必修4“人工智能初步”模块中要求学生能搭建简单的人工智能应用模块[2]。教师要主动适应时代的发展，对新技术保持积极的学习态度，熟悉新技术的应用方法，在课堂中引导学生了解智能应用的发展，促进核心素养提升。

本文针对人民教育出版社和中国地图出版社高中信息技术必修一第四章“走进智能时代”中“感受人工智能的魅力”一节的人机交互部分，基于情境学习理论进行了教学设计。

2 教学设计分析

情境學习理论指出，学习是参与的过程。对于人工智能部分，置身于情境中才能激发学生的兴趣。在设计课堂教学以前，需要对教材内容、课标要求、学生学情、教学重难点分析和教学资源做全面的分析和准备。

（1）在教材内容方面，本节课要学习的是人机交互和其中的语音交互部分，根据最近发展区理论，在教学中要注意前后知识的联系。在学习了人工智能的产生与发展之后，学生已经理解了人工智能的概念，本课主要介绍人机交互技术的语音交互部分，为后面学习《利用智能工具解决问题》做铺垫。对于语音交互过程，教材第一章已经对数字信号和模拟信号的知识进行了介绍，教师可以让学生翻阅教材，进行知识回顾，搭建联系。

（2）课标中提出，可以通过设置人工智能情境的方式进行教学，同时要培养学生的信息社会责任意识，这就要求教师让学生发现并善于利用身边的人工智能应用，同时带学生感受智能应用的巨大应用潜能。本节课教师将通过直观演示与百度旗下人工智能助手“小度”对话，来激发学生的兴趣、创设智能情境，亲历使用过程，感受人工智能的魅力。教师在教授知识的同时，也要提醒学生遵守信息法律，培养责任意识。

（3）对于学生学情，高一年级学生在生活中大多接触过语音交互技术，例如智能手机正中的语音输入、语音识别等功能，对其有强烈的求知欲。但是，学生可能会对于其中的原理感到陌生。对于原理的学习，可以选择演示法，将语音交互过程绘制成流程图。

（4）基于对教材内容、课标、学情的分析，本节课的教学重点是通过创设人工智能情境，让学生领会科技的进步给人类带来的方便;教学难点是理解语音交互的过程。

（5）本节课需要用到的教学资源硬件有“小度”和多媒体计算机演示系统，需要用到的软件是教学课件。在上课前，需要确认教室中有可以上网的无线网络，并将“小度”连接到网络，确保能正常使用。

3 教学设计

本节课的教学目标是理解人机交互的概念、了解其过程（信息意识）;了解语音交互的过程、认识语音交互技术在生活中的重要作用（信息意识、信息社会责任）。

（1）情境导入

教师提问，在生活中，你用过哪些人工智能呢？通过生活中的实例来引发学生思考，引入本节课的学习内容。学生基于生活经验，会很快回答他们在生活中用过的实例。教师对学生的回答进行总结：这些例子都应用了人机交互技术。

（2）新课讲授

①人机交互的概念

教师用图示的方式展示人机交互过程（如图1），并配合讲解，人机交互就是信息在人与计算机之间相互传递，包括人到计算机和计算机到人两个部分。人们借助键盘、鼠标、话筒等输入设备，通过身体器官、声音等向计算机传递信息，同时，计算机通过等输出设备给人提供信息，这就是人机交互。通过图示展示人机交互的过程，更加直观。同时，学生在理解了人机交互过程的基础上，理解语音交互过程会更加容易。

②人机交互的类型

教师讲解，人机交互包括很多方面，除了利用以上所说的基本交互以外，还有图形交互，比如在上网时，点击图片会跳转到其他界面，另外，还有语音交互。教师请学生基于人机交互的概念，描述语音交互的概念。

③感知语音交互

教师和人工智能助手小度对话，询问小度今天的天气，小度很快将今日温度“告诉”了老师。此时，教师引发学生思考：在刚刚和小度的对话中，我们发现小度既能听，也会说，小度是怎么做到的？通过直观演示应用人工智能的方式，引发学生的兴趣和求知欲，引出语音交互过程，同时完成教材中的“实践活动”环节。

教师讲解语音交互过程的第一步：语音采集。教师请学生回忆数模转换原理，此处可以让学生来回答，对学生进行过程性评价。通过回忆知识点的方式，使前面学习的知识掌握得更加牢固，也更容易理解新知识。

教师讲解语音交互过程的第二步：语音识别。语音识别通俗地讲就是让机器能够明白人类的语言。（展示PPT，如图2）将语言中包含的文字信息进行提取，将提取出的声音特征（例如：发音特点）与语音数据库进行比对，相似度最高的作为结果输出，这个过程相当于给机器装上了耳朵。这种通过比喻的方式能使学生更容易理解。